(57)【要約】ガスタンク材料から製造されたガスタンクをガスで充填する処理であって、処理は、以下のステップを備える：ａ）タンクが所定の初期ガス圧力値から所定の充填時間内に実質的に完全に充填されるように、公称ガス充填率を設定するステップ（Ｓ１０）と、ｂ）高温状況タンク条件と仮定して、公称ガス充填率で所定の充填時間にガスタンクを充填するとき、充填処理の終了時に到達されるであろう最大質量平均ガス充填温度を求めるステップ（Ｓ２０）と、ｃ）最大質量平均ガス充填温度よりも大きくはない目標ガス充填温度を選択するステップ（Ｓ３０）と、ｄ）ガスタンクへ供給されるガスを目標ガス充填温度に冷却するステップ（Ｓ４０）と、ｅ）ガスタンクへのガスの供給を開始するステップと、ｆ）タンクへ供給されるガスの実際の質量平均ガス充填温度を求めるステップ（Ｓ５０）と、ｇ）低温状況タンク条件と仮定して、実際の質量平均ガス充填温度から最終充填ガス圧力を推定するステップと、ｈ）ガスタンクの実際の圧力が、最終充填ガス圧力と最大最終充填圧力との低い方と等しいとき、ガスタンクへのガスの供給を終了するステップ（Ｓ７０）と、を備える。【選択図】図５
2019502875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタンク材料から製造されたガスタンクをガスで充填する処理であって、前記処理は、
ａ）前記タンクが所定の初期ガス圧力値から所定の充填時間内に実質的に完全に充填されるように、公称ガス充填率を設定するステップ（Ｓ１０）と、
ｂ）高温状況タンク条件と仮定して、前記公称ガス充填率で前記所定の充填時間に前記ガスタンクを充填するとき、前記充填処理の終了時に到達されるであろう最大質量平均ガス充填温度を求めるステップ（Ｓ２０）と、
ｃ）前記最大質量平均ガス充填温度よりも大きくはない目標ガス充填温度を選択するステップ（Ｓ３０）と、
ｄ）前記ガスタンクへ供給されるガスを前記目標ガス充填温度に冷却するステップ（Ｓ４０）と、
ｅ）前記ガスタンクへのガスの供給を開始するステップと、
ｆ）前記タンクへ供給される前記ガスの実際の質量平均ガス充填温度を求めるステップ（Ｓ５０）と、
ｇ）低温状況タンク条件と仮定して、前記実際の質量平均ガス充填温度から最終充填ガス圧力を推定するステップと、
ｈ）前記ガスタンクの実際の圧力が、前記最終充填ガス圧力と最大最終充填圧力との低い方と等しいとき、前記ガスタンクへのガスの供給を終了するステップ（Ｓ７０）と、
を備える処理。
【請求項２】
前記ステップｂ）は、
ｂａ）反復によって前記タンク内のガス及び／又はガスタンク材料の温度上昇を予測することを可能にする熱挙動シミュレーションツールによって前記最大質量平均ガス充填温度を求めるステップと、
ｂｂ）取り得る各大気温度及び前記ガスタンク内の初期ガス圧力の取り得る各値について前記最大質量平均ガス充填温度のルックアップテーブルを提供するステップと、
を更に備える請求項１に記載の処理。
【請求項３】
前記ステップｂ）は、
ｂｃ）前記高温状況タンク条件と仮定して、前記ガスタンクのガス容量から前記ガスタンク材料への遷移における断熱境界条件を含む解析モデルに基づいて、特定の充填率で前記タンクに加えられるガスのエンタルピーと、ガスが前記タンクに加えられている時間における前記タンク内のガス及び／又は前記ガスタンク材料の温度との関係を求めるステップと、
ｂｄ）前記高温状況タンク条件と仮定し、ステップｂｃ）において求めた前記関係を用いて、前記充填処理の最後における前記タンク内のガス又は前記ガスタンク材料の所定の最大許容温度から前記最大質量平均ガス充填温度を求めるステップと、
を更に備える請求項１又は２に記載の処理。
【請求項４】
前記ステップｂ）は、
ｂｅ）前記ガスタンクのガス容量から前記ガスタンク材料への遷移における断熱境界条件を含む解析モデルに基づいて、前記断熱境界条件下での前記タンク内のガスの温度上昇と、前記タンク材料及び／又は前記タンク内のガスの温度上昇との関係を求めるステップと、
ｂｆ）前記高温状況タンク条件と仮定し、ステップｂｅ）において求めた前記関係を用いて、前記充填処理の最後における前記タンク内のガス又は前記ガスタンク材料の所定の最大許容温度から前記最大質量平均ガス充填温度を求め、ステップと、
を更に備える請求項１から３のいずれか一項に記載の処理。
【請求項５】
前記ステップｂ）は、
ｂｇ）前記公称ガス充填率で前記所定の充填時間に前記ガスタンクを充填するときに、前記充填処理の最後における前記タンク材料の前記所定の最大許容温度から前記高温状況タンク条件と仮定して取得可能である前記タンク材料の最大許容温度上昇から前記断熱境界条件下での最大許容ガス温度を求めるステップと、
ｂｈ）前記高温状況タンク条件について前記タンク内のガスの初期固有内部エネルギーを求めるステップと、
ｂｉ）前記断熱境界条件下で前記タンクが所定の補充状態、好ましくは１００％に充填されると仮定して、前記断熱境界条件下で、求めた前記最大許容ガス温度の最大固有内部エネルギーを求めるステップと、
ｂｊ）前記充填の最後においてガスの前記固有内部エネルギーが、ガスの前記最大固有内部エネルギーを超えないように、熱力学の第一法則を適用することによって、前記タンクに加えられるガスの最大固有エンタルピーを求めるステップと、
ｂｋ）前記最大固有エンタルピーに基づいて前記最大質量平均ガス充填温度を求めるステップと、
を更に備える請求項４に記載の処理。
【請求項６】
前記断熱境界条件下での前記タンク内のガス温度上昇と、前記ガスタンク内のガスの温度上昇又は前記ガスタンク材料の温度上昇との関係は、以下の式によって定義され、
【数１】
2019502875.tif 000011
ここで、ΔＴＡは前記断熱境界条件下での前記ガスタンク内のガスの温度上昇であり、ΔＴＪは前記ガスタンク内のガスの温度上昇又は前記ガスタンク材料の温度上昇であり、Ｊはガス又はガスタンク材料を示し、ａＪ及びｂＪはタンク特性及び所定の充填時間に固有な固定パラメータであり、Ｐｉは前記ガスタンク内の初期ガス圧力である、請求項４又は５に記載の処理。
【請求項７】
前記断熱境界条件下での前記タンク内のガス温度上昇と、前記ガスタンク内のガスの温度上昇又は前記ガスタンク材料の温度上昇との関係は、以下の式によって定義され、
【数２】
2019502875.tif 000012
ここで、ΔＴＡは前記断熱境界条件下での前記ガスタンク内のガスの温度上昇であり、ΔＴＪは前記タンク内のガスの温度上昇又は前記ガスタンク材料の温度上昇であり、Ｊはガス又はガスタンク材料を示し、φ１、φ２及びφ３はφ１＝ενＴｆｔｆ０．５／Ｐｉ、φ２＝ｈνＴｆｔｆ／Ｐｉ、φ３＝Ｐｎ／Ｐｉ，として定義されたパラメータであり、Ｔｆはガス充填温度を示し、Ｐｉは前記タンク内の初期ガス圧力であり、ｈはガスからタンクへの材料熱伝導係数であり、ｔｆは所定の充填時間であり、Ｐｎは公称充填圧力であり、εはタンク材料拡散率であり、νは内面積比に対するタンク容器容量であり、ａａ１、ｂａ１、ａａ０、ｂａ０、ａｂ１、ｂｂ１、ａｂ０、ｂｂ０及びｃ１は定数である、請求項４又は５に記載の処理。
【請求項８】
前記ステップｆ）は、
ｆａ）前記タンクへ供給される前記ガスの実際の温度を測定するステップと、
ｆｂ）前記ガスタンクへの前記ガスの供給の開始から各時間間隔における前記ガスタンクへ供給されるガスの量及び供給された前記ガスの各測定温度に基づいて、実際の質量平均ガス充填温度を推定するステップと、
を更に備える請求項１から７のいずれか一項に記載の処理。
【請求項９】
前記ステップｇ）は、
ｇａ）反復によって前記タンク内のガス及び／又は前記ガスタンク材料の温度上昇を予測することを可能にする熱挙動シミュレーションツールにより最大最終充填圧力を求めるステップと、
ｇｂ）適用された質量平均ガス充填温度の取り得る各値及び前記ガスタンク内の初期ガス圧力の取り得る各値に対する最終充填圧力についてのルックアップテーブルを提供するステップと、
を更に備える請求項１から８のいずれか一項に記載の処理。
【請求項１０】
ステップｇ）において前記最終充填圧力を求めるステップは、
ｇｃ）前記ガスタンクのガス容量から前記ガスタンク材料への遷移における断熱境界条件を含む解析モデルに基づいて、前記断熱境界条件下での前記タンク内のガスの温度上昇と、前記タンク材料及び／又は前記タンク内のガスの温度上昇との関係を求めるステップと、
ｇｄ）充填処理の最後における質量平均ガス充填温度が、充填処理の最後における実際の質量平均ガス充填温度であると仮定し、熱力学の第一法則を適用することによって、前記ガスタンク内の所定の補充状態が充填処理の最後に実現されるように、前記ステップｇｃ）において求められた前記関係に基づいて、最終充填圧力を推定するステップと、
を更に備える請求項１から９のいずれか一項に記載の処理。
【請求項１１】
前記断熱境界条件下での前記タンク内のガス温度上昇と、前記ガスタンク内のガスの温度上昇又は前記ガスタンク材料の温度上昇との関係は、以下の式によって定義され、
【数３】
2019502875.tif 000013
ここで、ΔＴＡは前記断熱境界条件下での前記ガスタンク内のガスの温度上昇であり、ΔＴＪは前記ガスタンク内のガスの温度上昇又は前記ガスタンク材料の温度上昇であり、Ｊはガス又はガスタンク材料を示し、ａＪ及びｂＪはタンク特性及び所定の充填時間に固有な固定パラメータであり、Ｐｉは前記ガスタンク内の初期ガス圧力である、請求項１０に記載の処理。
【請求項１２】
前記断熱境界条件下での前記タンク内のガス温度上昇と、前記ガスタンク内のガスの温度上昇又は前記ガスタンク材料の温度上昇との関係は、以下の式によって定義され、
【数４】
2019502875.tif 000014
ここで、ΔＴＡは前記断熱境界条件下での前記ガスタンク内のガスの温度上昇であり、ΔＴＪは前記タンク内のガスの温度上昇又は前記ガスタンク材料の温度上昇であり、Ｊはガス又はガスタンク材料を示し、φ１、φ２及びφ３はφ１＝ενＴｆｔｆ０．５／Ｐｉ、φ２＝ｈνＴｆｔｆ／Ｐｉ、φ３＝Ｐｎ／Ｐｉとして定義されたパラメータであり、Ｔｆはガス充填温度を示し、Ｐｉはタンク内の初期ガス圧力であり、ｈはガスからタンクへの材料熱伝導係数であり、ｔｆは所定の充填時間であり、Ｐｎは公称充填圧力であり、εはタンク材料拡散率であり、νは内面積比に対するタンク容器容量であり、ａａ１、ｂａ１、ａａ０、ｂａ０、ａｂ１、ｂｂ１、ａｂ０、ｂｂ０及びｃ１は定数である、請求項１０に記載の処理。
【請求項１３】
前記ステップｇ）は、
充填される前記ガスタンクから送信された情報が利用可能であるかを判定するステップと、
前記情報が利用可能な場合、前記情報に基づいて、充填処理の最後において実現されるべき前記ガスタンク内の補充状態を決定するステップと、
決定された前記補充状態に更に基づいて、前記最終充填圧力及び／又は最大最終充填圧力を決定するステップと、
を更に備える請求項１から１２のいずれか一項に記載の処理。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一項に記載の処理を実行するように適合されたガス供給システム。
【請求項１５】
前記ガス供給システムは、
前記ステップｄ）の前に、前記ステップａ）、ｂ）、ｃ）、ｆ）及びｇ）の少なくとも１つを実行するように適合される、請求項１４に記載のガス供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ガス、特に水素による車両のガスタンクを補充する処理及びガス供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス駆動車のガスタンクを補充するとき、圧縮ガスの移送は、過剰な冷却又は過剰な最終充填圧力を加えることによる過剰な水素密度の結果として、不十分な事前冷却又は過圧（例えば８７．５ＭＰａ）及び過剰な充填速度によるタンクの過熱（例えば８５℃超）を防ぐために、制御されなければならない。
【０００３】
この目的のために、ＳＡＥ（Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）標準ＳＡＥ  Ｊ２６０１は、軽量車両の水素燃料供給のためのプロトコル及び処理制限を制定している。特に、ＳＡＥ  Ｊ２６０１は、燃料供給処理の各時点において、燃料供給処理が充填温度及び充填圧力での厳格な制限に準拠することを要求する。図１では、許容された温度及び圧力の領域は、ハッチングで示される。例えば、燃料供給処理の開始後の約４０秒から、温度は、−３３℃から−４０℃の間に継続的に維持されなければならない。これらの厳格な制限により、４０．２ｋｇ／ｍ３の所定の水素密度へのタンクの補充は、過剰に長く、例えば５分間以上掛かる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／０２５９４６９Ａ１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この課題を解決するために、特許文献１は、タンクへ充填されるガスのガス充填温度を算出するための水素充填ステーションによって用いられうる解析方法を提案する。この解析方法は、タンク特性の関数で５つのパラメータの適合を必要とするモデルに基づいて、タンクに伝わる熱に対応する複合熱容量値をタンクに対して算出することによって、ガス温度を予測するためのみを目的とするモデルに基づく。５つのパラメータを識別することの需要は、複雑性を招く。また、充填処理において、目標最終充填圧力を実現するために求められる充填圧力傾斜は、狭い境界内に従い、これは、充填処理において更なる全体の複雑性を増加させる。
【０００６】
上記を考慮して、本発明は、例えば、車両のガスタンクを安全かつ効率的に補充するためのガス補充ステーションによって用いられる処理を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、この目的は、ガスタンク材料から製造されたガスタンクをガスで充填する処理によって解決され、前記処理は、ａ）前記タンクが所定の初期ガス圧力値から所定の充填時間内に実質的に完全に充填されるように、公称ガス充填率を設定するステップと、ｂ）高温状況タンク条件と仮定して、前記公称ガス充填率で前記所定の充填時間に前記ガスタンクを充填するとき、前記充填処理の終了時に到達されるであろう最大質量平均ガス充填温度を求めるステップと、ｃ）前記最大質量平均ガス充填温度よりも大きくはない目標ガス充填温度を選択するステップと、ｄ）前記ガスタンクへ供給される前記ガスを前記目標ガス充填温度に冷却するステップと、ｅ）前記ガスタンクへの前記ガスの供給を開始するステップと、ｆ）前記タンクへ供給される前記ガスの実際の質量平均ガス充填温度を求めるステップと、ｇ）低温状況タンク条件と仮定して、前記実際の質量平均ガス充填温度から最終充填ガス圧力を推定するステップと、ｈ）前記ガスタンクの実際の圧力が、最終充填ガス圧力と最大最終充填圧力との低い方と等しいとき、前記ガスタンクへのガスの供給を終了するステップと、を備える。
【０００８】
本発明は、本発明者らが、充填時間を増加させることが、タンク内の温度上昇を制御するために最も有効な手段ではなく、最小補充状態（例えば０％）から開始するときに、３分間の充填時間を提供する公称充填率は、一般的に、８５℃の上部壁温度制限を超えずに実現されうることを実現しているということに基づく。
【０００９】
本発明に係る処理は、タイプ３又はタイプ４タンクを補充するために用いられることが好ましいが、例えばタイプ２タンクのような他の種類のタンクに適用されてもよい。
【００１０】
高温状況条件、つまり、充填処理の結果としてガスタンクの過熱を避けるように選択された条件、及び低温状況条件、つまり、充填処理の結果としてガスタンクの過剰な補充状態を避けるために選択された条件の各々は、タンク内のガスの初期温度（以下“初期ガス温度”とも示される）、及び／又はガスタンク材料の初期温度（例えばライナー又はラッピング、以下「初期ガスタンク圧力」とも示される）、及びガスタンク内の初期ガス圧力（「初期圧力」とも示される）によって、特定されてもよい。例えば、初期ガス及び／又はガスタンク温度は、ガス補充ステーションによって測定されうる大気温度の所定の関数であり、初期ガス及び／又はガスタンク温度は、大気温度よりも高く、ある値、例えば１０℃及び／又は初期圧力は、補充のために許容される車両のガスタンク向けに取り得る最も低い値、例えば０．５ＭＰａを有する、及び／又はガスタンクは、タイプ４ガスタンク、つまり、プラスチックライナーを含むガスタンク材料からなるガスタンクであると仮定される。更に、低温タンク条件として、初期ガス及び／又はガスタンク温度は、所定の最も低い値、例えば−４０℃を有する、及び／又は初期ガス圧力は、タンク内で測定された値又はそれ以上を有するように設定される、及び／又はガスタンクは、タイプ３ガスタンク、つまり、金属ライナー及び金属ライナーを完全に覆うラッピングを含むガスタンク材料からなるガスタンクであると仮定される。測定された値を使用することにより、高温状況条件及び低温状況条件を特定するとき、潜在的な測定精度は、最も悪い場合と仮定した測定値の各々への許容誤差を適用することによって考慮される。
【００１１】
これらの条件により、補充ステーションの制御を超える条件は、特に興味深い。ガスの不十分な事前冷却及び／又は過剰なガスの冷却及び／又は過剰な充填速度は、適切な対応策を採る補充ステーションによって回避される一方で、再燃料供給されるタンクの条件は、タンクには対応するセンサが設けられ、通信プロトコルがタンクと補充ステーションとの間に確立される場合、補充ステーションによってのみ考慮される。
【００１２】
一方、例えば正確な測定により、タンクの関連する特性及び初期条件に関して不確かさがない場合、初期ガス及び／又はガスタンク温度並びに初期ガス圧力は、ステップｂ）及びｈ）において既知の値として固定される。すなわち、“高温状況条件”及び“低温状況条件”は、理想的に設定される。
【００１３】
最大質量平均ガス充填温度は、供給されるガスの温度であり、これは、ガスタンクが、公称ガス充填率（例えば２３．２ＭＰａ／ｍｉｎ）で所定の充填時間ｔｆｉｌｌ（例えば３分間）に「平均して」（例えば常に）質量平均ガス充填温度のガスで供給される場合、ガスタンク内のガスの温度（“ガス温度”とも示される）又はガスタンク材料の温度（“ガスタンク温度”とも示される）が、充填処理の最後における所定の最大温度を超えないことを可能にする。
【００１４】
供給されるガスの温度（“充填温度”）が、所定の充填時間中に変化するとき、質量平均ガス充填温度は、ガスが所定の充填時間に一定の質量平均ガス充填温度で供給されている場合、そのように供給されるガスは、変化するガス充填温度でガスタンクへ実際に供給されるガスによって提供されるエンタルピーと同じエンタルピーを提供するように、温度として定義される。この意味では、用語「質量平均」は、「処理平均」と理解される。ガスタンクへ供給されるガスを冷却するために様々な手法が存在し、最大質量平均充填温度を超えない質量平均ガス充填温度で供給されるようにガスが供給される。例えば、図１に示される温度制限と同様に、少ない冷却は、充填処理の開始時において供給されるガスへ適用され、時間経過と共により多くの冷却が適用される。ＳＡＥ  Ｊ２６０１に従う方法とは対照的に、本発明に係る方法では、図１に示されるものと同様の制限を適用する必要がない。
【００１５】
最大質量平均ガス充填温度は、所定の最大最終温度、例えば８５℃を超えないタンク内のガスの温度又はタンク材料の温度を要求することによって求められる。
【００１６】
充填処理において質量平均ガス充填温度を実施するための最も簡潔な手法は、一定の充填温度と仮定し、それに従って、充填処理を通じて一定の充填温度を最大質量平均充填温度以下に維持するように、供給されるガスを冷却する。充填温度は、ガスが、ガスタンクへ供給されるように分配される箇所で測定される。本発明のステップｃ）及びｄ）では、最大質量平均ガス充填温度よりも大きくない目標ガス充填温度が選択され、ガスタンクへ供給されるガスは、目標ガス充填温度に冷却される。ガスが一定の充填温度で供給される場合、ステップｆ）における実際の質量平均ガス充填温度は、供給されるガスの温度を単に測定することによって求められる。
【００１７】
充填処理は、ガスタンクの実際の圧力が、ステップｇ）において推定される最終充填ガス圧力及び最大最終充填圧力、好ましくは例えば８７．５ＭＰａとなるように予め決定される、の低い方と等しいとき、終了される（ステップｈ））。最大最終充填圧力は、特定の補充状態、例えば１２０％に対応するタンク圧力として充填処理中に求められる。低温状況条件と仮定する実際の質量平均ガス充填温度から、ステップｇ）において推定される最終充填ガス圧力は、例えば１０７％に設定される最大許容補充状態にガスタンクが到達することを可能にする。結果として、初期補充状態に依存する実際の充填時間は、公称充填時間とも呼ばれる所定の充填時間とは異なっている。
【００１８】
最大質量平均ガス充填温度は、反復によって補充処理におけるタンク内のガス及び／又はガスタンク材料の温度上昇を予測することを可能にする既知の熱挙動シミュレーションツールによって（ステップｂ）において）求められる（ステップｂａ））。シミュレーションツールは、均質なガスの温度、及び例えば二層のライナー及び複合材料のラッピングで構成される壁の無方向性熱伝導と仮定して、ガスタンク容器の壁への過渡熱伝導と共に、ガスの温度を計算する数値モデルを含んでもよい。ルックアップテーブルは、予め準備され、取り得る各大気温度及び前記タンク内の初期ガス圧力の取り得る各値について前記最大質量平均ガス充填温度を提供し（ステップｂｂ））、ガスは、例えばルックアップテーブルを使用するガス補充ステーションによって選択される適切な質量平均ガス充填温度で供給される。
【００１９】
それに代えて又はそれに加えて、最大質量平均ガス充填温度は、ガスタンクのガス容量からガスタンク材料への遷移における断熱境界条件を含む解析モデルに基づいて（ステップｂ）において）求められる。特に、前記高温状況タンク条件と仮定して、前記モデルに基づいて、特定の充填率で特定の充填時間に前記タンクに供給されるガスのエンタルピーと、供給される前記ガスによる前記ガス及び／又はガスタンク材料の温度上昇及び前記充填処理の最後における前記ガス及び／又は前記ガスタンク材料の温度との関係は、求められ（ステップｂｃ））、前記高温状況タンク条件と仮定して、求められた前記関係を用いて、前記最大質量平均ガス充填温度は、前記充填処理の最後における前記ガス又は前記ガスタンク材料の所定の最大許容温度から求める（ステップｂｄ））。
【００２０】
前記関係は、タンク容量、長さ‐直径比、タンク材料の熱拡散率及び／又は容量（例えば、タイプ４タンク向けのプラスチックライナーの熱拡散率又は複合材料の熱拡散率及び／又はタイプ３タンク向けの金属ライナーの熱容量）、タンク配管の熱容量、及び充填温度が測定される箇所の圧力降下下流のうちの少なくとも１つを含むタンク特性に関して定義される。最大質量平均ガス充填温度が、高温状況条件又は低温状況条件のような初期条件に依存しない解析モデルに基づいて求められると、最大質量平均ガス充填温度を求める方法は、広範囲な状況に適用可能なだけではなく、高温状況条件又は低温状況条件の定義が変更されたときに影響を受けない。
【００２１】
好ましくは、ガスタンクのガス容量からガスタンク材料への遷移における断熱境界条件を含む解析モデルに基づいて、断熱境界条件なしでの（つまり、ガスとガスタンクとの間で行われる熱伝導下で）前記断熱境界条件下での前記タンク内のガスの温度上昇と、前記タンク材料及び／又は前記タンク内のガスの温度上昇との関係は、高温状況条件について求められる（ステップｂｅ））。その後、前記高温状況タンク条件と仮定し、ステップｂｅ）において求めた前記関係を用いて、最大質量平均充填温度は、前記充填処理の最後における前記タンク内のガス又は前記ガスタンク材料の所定の最大許容温度から求められる（ステップｂｆ））。
【００２２】
断熱境界条件下、つまり、ガスタンクのガス容量からガスタンク材料へ熱伝導がない条件下でのタンクへ供給されるガスによるタンク内のガスの温度上昇は、熱力学の第一法則を適用することによって容易に得られる。よって、断熱境界条件下でのタンク内のガスの温度上昇と、タンク材料の温度上昇との間で求められる関係を用いることによって、タンク材料の温度上昇が得られる。
【００２３】
タンク材料の温度上昇は、燃料供給処理を制御するために、特に充填処理における質量平均ガス充填温度を求めるために用いられる。よって、ガスタンクの過熱を防ぐために所定の最大最終温度は、ガスに適用されるのに代えてタンク材料に直接適用される。
【００２４】
これに対して、従来の方法では、高温状況向けの充填処理中のガスの温度上昇に基づいて演算された充填処理の最後におけるガス温度が、過熱を防ぐためにタンクの許容可能な最大温度を超えない程度に、冷却を適用する。これは、現在、ガスタンク材料の温度上昇を演算することが困難であると考えられていることによるものである。
【００２５】
しかし、ガスの温度が、通常、タンク材料の温度よりも高いと（例えば、高速充填処理中に約１０℃高い）、充填速度を求めるためのガス温度又は事前冷却要件のみを考慮することは、ガスタンクの過熱を防ぐための温度制限が、ガスタンク材料温度に代えてガス温度に適用されるとき、過度に控えめである、つまり、不要な過剰冷却が適用される。よって、ガスタンク材料温度を予測することは、充填条件を更に最適化するために必須である。
【００２６】
図２は、初期ガスタンク温度（“高温浸漬温度（℃）”）に対する最大質量平均ガス充填温度（“充填温度（℃）”）を示し、これは、ガス（ここでは水素）及びガスタンク材料（ここではタイプ４のタンク向けのライナー材料）が、充填処理の最後において８５℃を超えないようにすることが可能である（それぞれ“Ｔｌｉｍ／ｇａｓ”及び“Ｔｌｉｍ／ｌｉｎｅｒ”として示される）。最大質量平均ガス充填温度は、タンク４に対して反復によってガス及び／又はガスタンク材料の温度上昇を予測することを可能にする熱挙動シミュレーションツールを用いて得られ、当該タンク４は、１００Ｌの容量を有する容器、公称動作圧力が７０ＭＰａであり、長さ‐直径比が２であり、ライナー熱拡散率が８２９Ｗｓ１／２Ｋ−１ｍ−２であり、ガスからライナー壁への熱伝導係数が２５０ＷＫ−１ｍ−２であり、配管熱容量が８．２ｋＪ／℃であり、質量平均圧力降下が５ＭＰａであることによって特定される。０．５ＭＰａのタンクの初期ガス圧力及び９０秒の充填時間が適用される。
【００２７】
図２は、８５℃の温度制限がタンク材料に適用される場合、タンクは、初期ガスタンク温度が５０℃に達する（これは、高い大気温度での場合である）ときであっても、−４０℃よりも高い充填温度で充填される。したがって、軽度の冷却は、タンクの過熱を防ぎつつ用いられる。
【００２８】
好ましい実施形態では、以下のステップは、ステップｂ）において最大質量平均ガス充填温度を求めるために更に適用されてもよく、ステップｂ）は、ｂｇ）前記公称ガス充填率で前記所定の充填時間に前記ガスタンクを充填するときに、前記充填処理の最後における前記タンク材料の前記所定の最大許容温度から前記高温状況タンク条件と仮定して取得可能である前記タンク材料の最大許容温度上昇から前記断熱境界条件下での最大許容ガス温度を求めるステップと、ｂｈ）前記高温状況タンク条件について前記タンク内のガスの初期固有内部エネルギーを求めるステップと、ｂｉ）前記断熱境界条件下で、前記タンクが所定の補充状態、好ましくは１００％に充填されると仮定して、前記断熱境界条件下で、求めた前記最大許容ガス温度の最大固有内部エネルギーを求めるステップと、ｂｊ）前記充填の最後において前記ガスの前記固有内部エネルギーが、前記ガスの前記最大固有内部エネルギーを超えないように、熱力学の第一法則を適用することによって、前記タンクに加えられるガスの最大固有エンタルピーを求めるステップと、ｂｋ）前記最大固有エンタルピーに基づいて前記最大質量平均ガス充填温度を求めるステップと、を備える。
【００２９】
前記断熱境界条件下での前記タンク内のガス温度上昇と、前記ガス又は前記ガスタンク材料の温度上昇との関係は、以下の式によって定義され、
【数１】
2019502875.tif 000003
ここで、ΔＴＡは前記断熱境界条件下での前記ガスタンク内のガスの温度上昇であり、ΔＴＪは、断熱境界条件なしでの（つまり、ガスとガスタンクとの間で行われる熱伝導下での）前記タンク内のガスの温度上昇又は前記ガスタンク材料の温度上昇であり、Ｊはガス又はガスタンク材料を示し、ａＪ及びｂＪはタンク特性及び所定の充填時間に固有な固定パラメータであり、Ｐｉは前記ガスタンク内の初期ガス圧力である。
【００３０】
前記関係は、特にタイプ３又はタイプ４タンクに適用可能である、つまり、Ｊは、ガス（“Ｇ”タイプ３又はタイプ４向け）、ライナー（“Ｌ”タイプ３又はタイプ４向け）又はラッピング（“Ｗ”タイプ３又はタイプ４向け）のいずれかを示す。固定パラメータａＪ及びｂＪは、実質的にタンク特性及び所定の充填時間のみの関数である。タンク特性は、ガスからガスタンク材料への熱伝導係数（例えば、ライナー及び／又はタンク材料拡散率）、及び／又は内面積比に対する容量を含む、つまり、ガス充填温度と共に初期ガス及び／又はガスタンク温度とは実質的に独立である。したがって、式（１）がガス及び／又はガスタンク材料の温度上昇を予測するための特に簡素な手法を提供するだけでなく、式（１）は、例えば、実験データに基づいて、標準化されたタンク向けに有効なパラメータが求められると、標準化されたタンクに適用される。
【００３１】
図３は、断熱境界条件下でのガスタンク内のガスの温度上昇に対するタンク内のガス又はガスタンク材料の温度上昇の比、例えば、タイプ４タンク向けの、ガス充填温度（図３Ａ）、初期ガス温度と同一と仮定された初期ガスタンク温度（図３Ｂ）、及びタンク内の初期ガス圧力（図３Ｃ）での式（１）の左辺（ΔＴＬ／ΔＴＡは“ＤＴｌｉｎ／ＤＴａ”と示され、ΔＴＧ／ΔＴＡは“ＤＴ／ＤＴａ”と示される）、の依存性を示し、タイプ４タンクは、１００Ｌの容量を有する容器、公称動作圧力が７０ＭＰａであり、容器の長さ‐直径比が２であり、ライナー熱拡散率が８２９Ｗｓ１／２Ｋ−１ｍ−２であり、ガスからライナー壁への熱伝導係数が２５０ＷＫ−１ｍ−２であり、充填時間が１８０秒であることによって特定される。
【００３２】
図３Ａ及び３Ｂからわかるように、ガス充填温度での温度上昇並びに初期ガス及び／又はガスタンク温度の比の依存性は、断熱境界条件下でのガス温度と、ガス又はガスタンク材料温度との関係を定義するとき、無視できるほど小さく、この関係は、充填処理におけるガスタンク材料又はガスの温度上昇を演算するために用いられる。更に、図３は、温度上昇の比が、まさにタンク内の初期ガス圧力の線形関数であることを示す。
【００３３】
式（１）は、以下のように得られる。先ず、タンク内のガスについて均一なガス温度、均一なタンク材料温度、ガスからタンク材料への一定の熱伝導係数、及び周囲に熱損失がないと仮定し、半永久的な固体としてタンク材料をモデル化し、タンク内のガスの所与の温度についてのタンク材料の温度上昇（ガスからタンク材料への熱伝導が行われる前、つまり、ガスの温度が、断熱境界下でのガス温度である）は、熱力学で解析的に得られる関数を用いて演算され、これは、対流にさらされる半永久的な固体に対する温度上昇を記述する。タンク材料は、プラスチックライナー（例えばタイプ４タンクの場合）又はラッピング（例えばタイプ３タンク）であってもよい。
【００３４】
半永久的な固体としてタンク材料をモデル化することは有効であり、本発明に係る充填処理が十分早く（つまり、数分間以内に）完了すると、ガスと熱的に相互作用する非金属材料（例えば、タイプ４タンクにおいてガスと直接熱接触するプラスチックライナー及びタイプ３ガスタンクにおいてガスト間接的に熱接触するラッピング）は、充填処理中にガスとタンクの容器壁との間での熱交換量を予測するために無限大の厚さを有すると仮定されることができる。式（１）によって実行される線形関係は、次に、充填ガス温度での厳しい制約が少ない適用を可能にすることによって、ガスタンクの素早い充填を可能にし、これは、図１について説明された従来の充填処理よりも速いだけでなく、有効な線形関係に対して十分に速い。
【００３５】
タンク内のガス温度が充填処理中に変化するため、可変ガス温度に対するタンク材料の温度が必要とされる。これは、所与のガス温度についてタンク材料の温度上昇で、例えば、デュアメルの重畳原理を適用することによって、数値演算によって得られる。ガスとタンク材料との間の熱伝導後に、タンク内のガスの温度上昇は、熱力学の第一法則を再び適用することによって求められる。
【００３６】
固定パラメータａＪ及びｂＪは、ガスタンクの初期ガス圧力及び充填処理中のガスタンク材料の温度プロファイルで、例えば、公的に利用可能なデータを用いて線形回帰によって求められる。それに代えて、線形回帰は、タンク内のガス及び／又はガスタンク材料の温度上昇を予測することを可能にする既知の熱挙動シミュレーションツールを用いてなされる温度予測に適用されてもよい。
【００３７】
タンクに加えられるガスの最大固有エンタルピーに基づく最大質量平均ガス充填温度を求めるために、温度及び圧力の関数のガスの固有エンタルピーの線形近似が用いられる。ここで、充填温度及び圧力がガスへのある特定量のエネルギー入力で生じる配管下流の熱容量と共に測定される箇所の配管下流における平均圧力降下は、より良い精度のために考慮される。
【００３８】
式（１）に代えて、前記断熱境界条件下での前記タンク内のガス又は前記ガスタンク材料の温度上昇（ΔＴＪ）と、前記ガスタンクにおけるガスの温度上昇（ΔＴＡ）との関係は、以下の式によって定義され、
【数２】
2019502875.tif 000004
ここで、ΔＴＡは前記断熱境界条件下での前記ガスタンク内のガスの温度上昇であり、ΔＴＪは、断熱境界条件なしでの（つまり、ガスとガスタンクとの間で行われる熱伝導下での）前記タンク内のガスの温度上昇又は前記ガスタンク材料の温度上昇であり、Ｊはガス又はガスタンク材料を示し、φ１、φ２及びφ３はφ１＝ενＴｆｔｆ０．５／Ｐｉ、φ２＝ｈνＴｆｔｆ／Ｐｉ、φ３＝Ｐｎ／Ｐｉ，として定義されたパラメータであり、Ｔｆはガス充填温度を示し、Ｐｉはタンク内の初期ガス圧力であり、ｈはガスからタンクへの材料（例えば、ライナー）熱伝導係数（これは、定数であると仮定される）であり、ｔｆは所定の充填時間（公称充填時間）であり、Ｐｎは公称充填圧力であり、εはタンク材料（例えば、ライナー）拡散率であり、νは内面積比に対するタンク容器容量であり、ａａ１、ｂａ１、ａａ０、ｂａ０、ａｂ１、ｂｂ１、ａｂ０、ｂｂ０及びｃ１は定数である。式（２）は、式（１）に関して生成されるとみなされる。
【００３９】
タイプ４ガスタンクについて、定数ａａ１、ｂａ１、ａａ０、ｂａ０、ａｂ１、ｂｂ１、ａｂ０、ｂｂ０及びｃ１は、以下のように求められる。
【００４０】
【表１】
2019502875.tif 000005
【００４１】
同様の生成は、タイプ３ガスタンクについても見出されることができる。
【００４２】
充填条件の範囲について（例えば、２０Ｌから５００Ｌの容器容量Ｖ；１から１０の容器の長さ‐直径Ｌ／Ｄ；１００ＭＰａまでの公称充填圧力Ｐｎ；９０秒から３００秒の所定の充填時間ｔｆ；２５０から２５００Ｗｓ１／２Ｋ−１ｍ−２の拡散率ε；５０から１０００Ｗｍ−２Ｋ−１の熱伝導係数ｈ）、式（２）におけるガス充填温度の依存性は、図３Ａに示されるように、関係の目的のために無視される程度に十分小さく観察される。
【００４３】
式（２）は、定義された高温状況及び低温状況条件を考慮し、充填温度に対する固有（例えば中間範囲）値、例えば−１０℃と仮定して、式（１）の固定パラメータａＪ及びｂＪを求めるために用いられる。ａＪ及びｂＪを求めることは、初期ガスタンク温度Ｔｉのものと同様に式（２）の形式により、初期圧力Ｐｉからも独立である。したがって、ガス又はガスタンク材料温度上昇に対する断熱境界条件下でのガス温度上昇の比は、初期ガス及び／又はガスタンク温度、初期圧力並びに充填温度とは実質的に独立である固有パラメータａＪ及びｂＪにより初期圧力Ｐｉの線形関数として表される。
【００４４】
よって、式（２）は、選択された高温状況及び低温状況条件に基づいて、車両のガスタンクの任意のカテゴリ向けに充填要件を事前に定義する標準化された手法を提供する。
【００４５】
一実施形態では、前記ステップｆ）は、ｆａ）前記タンクへ供給される前記ガスの実際の温度を測定するステップと、ｆｂ）前記ガスタンクへのガスの供給の開始から各時間間隔における前記ガスタンクへ供給されるガスの量及び供給されたガスの各測定温度に基づいて、実際の質量平均ガス充填温度（ＭＡＴ（ｔ））を推定するステップと、を更に備える。
【００４６】
ガスが可変充填温度で供給される場合、実際の質量平均ガス充填温度は、ガスが一定の実際の質量平均ガス充填温度で供給されるかのように推定される。
【００４７】
一実施形態では、ステップｇ）における最終充填圧力は、反復によって前記タンク内のガス及び／又は前記ガスタンク材料の温度上昇を予測することを可能にする既知の熱挙動シミュレーションツールにより求められる（ステップｇａ））。シミュレーションツールは、均質なガスの温度、及び例えば二層のライナー及び複合材料のラッピングで構成される壁の無方向性熱伝導と仮定して、ガスタンク容器の壁への過渡熱伝導と共に、ガスの温度を計算する数値モデルを含んでもよい。ルックアップテーブルは、予め準備され、適用された質量平均ガス充填温度の取り得る各値及び前記ガスタンクの初期ガス圧力の取り得る各値に対する最終充填圧力を提供し（ステップｇｂ））、ガスの供給を終了するために、ガス充填処理は、所与のタンクタイプ、適用される質量平均ガス充填温度及び測定されたタンク内の初期ガス圧力向けのルックアップテーブルから選ばれた最終充填圧力を適用する。
【００４８】
それに代えて又はそれに加えて、最終充填圧力は、以下のステップによってステップｇ）において求められてもよい：ステップｇ）は、ｇｃ）前記ガスタンクのガス容量から前記ガスタンク材料への遷移における断熱境界条件を含む解析モデルに基づいて、前記断熱境界条件下での前記タンク内のガスの温度上昇と、（断熱境界条件なしでの、つまり、ガスとガスタンクとの間で行われる熱伝導下での）前記タンク材料及び／又は前記ガスタンク内のガスの温度上昇との関係を求めるステップと、ｇｄ）充填処理の最後における質量平均ガス充填温度が、充填処理の最後における実際の質量平均ガス充填温度であると仮定し、熱力学の第一法則を適用することによって、前記ガスタンク内の所定の補充状態が充填処理の最後に実現されるように、前記ステップｇｃ）において求められた関係に基づいて、最終充填圧力を推定するステップと、を更に備える。
【００４９】
所定の補充状態は、例えば、１０７％であり、これは、最終充填処理におけるタンク圧力が、タイプ３又はタイプ４タンク向けの８７．５ＭＰａを超えないことを可能にし、タンク材料温度は、５０℃と仮定される最大大気温度まで上昇すると仮定する。
【００５０】
好ましくは、ステップｇｃ）において、前記断熱境界条件下での前記タンク内のガス温度上昇と、前記ガスタンク材料又は前記ガスの温度上昇との関係は、以下の式によって定義され、
【数３】
2019502875.tif 000006
ここで、ΔＴＡは前記断熱境界条件下での前記ガスタンク内のガスの温度上昇であり、ΔＴＪは、断熱境界条件なしでの（つまり、ガスとガスタンクとの間で行われる熱伝導下で）前記ガスの温度上昇又は前記ガスタンク材料の温度上昇であり、Ｊはガス又はガスタンク材料を示し、ａＪ及びｂＪはタンク特性及び所定の充填時間に固有な固定パラメータであり、Ｐｉは前記ガスタンク内の初期ガス圧力である。
【００５１】
再び、断熱境界条件下、つまり、ガスタンクのガス容量からガスタンク材料への熱伝導がない条件下でのタンクに供給されるガスによるタンク内のガスの温度上昇は、熱力学の第一法則を適用することによって容易に得られ、これは、特に有益な関係を表現する。
【００５２】
前記関係は、特にタイプ３又はタイプ４タンクに適用可能である、つまり、Ｊは、ガス（“Ｇ”タイプ３又はタイプ４向け）、ライナー（“Ｌ”タイプ３又はタイプ４向け）又はラッピング（“Ｗ”タイプ３又はタイプ４向け）のいずれかを示す。固定パラメータａＪ及びｂＪは、実質的にタンク特性及び所定の充填時間のみの関数である。タンク特性は、ガスタンク材料に対するガスの熱伝導係数（例えば、ライナー及び／又はタンク材料拡散率）、及び／又は内面積に対する容量の比を含む、つまり、ガス充填温度と共にガスタンクのガスタンク温度とは実質的に独立である。したがって、式（３）は、ガス及び／又はガスタンク材料の温度上昇を予測するための特に簡素な手法を提供するだけでなく、式（３）は、パラメータが求められると、任意の標準化されたタンクに適用される。式（３）は、式（１）について上記で提示されたものと同様の手法で得られる。
【００５３】
ステップｇｄ）において、最終充填圧力は、一定のガス充填温度（例えば、目標ガス充填温度）と仮定し、ガスタンクへのガスの供給から生じるガスタンク内のガスの温度上昇を考慮することによって推定される。
【００５４】
それに代えて、前記断熱境界条件と仮定した前記タンク内のガス又は前記ガスタンク材料の温度上昇（ΔＴＪ）と、前記タンク内のガス温度上昇（ΔＴＡ）との関係は、以下の式によって定義される。
【数４】
2019502875.tif 000007
ここで、ΔＴＡは前記断熱境界条件下での前記ガスタンク内のガスの温度上昇であり、ΔＴＪは前記タンク内のガスの温度上昇又は前記ガスタンク材料の温度上昇であり、Ｊはガス又はガスタンク材料を示し、φ１、φ２及びφ３はφ１＝ενＴｆｔｆ０．５／Ｐｉ、φ２＝ｈνＴｆｔｆ／Ｐｉ、φ３＝Ｐｎ／Ｐｉとして定義されたパラメータであり、Ｔｆはガス充填温度を示し、Ｐｉはタンク内の初期ガス圧力であり、ｈはガスからタンクへの材料熱伝導係数であり、ｔｆは所定の充填時間であり、Ｐｎは公称充填圧力であり、εはタンク材料拡散率であり、νは内面積比に対するタンク容器容量であり、ａａ１、ｂａ１、ａａ０、ｂａ０、ａｂ１、ｂｂ１、ａｂ０、ｂｂ０及びｃ１は定数である。タイプ４ガスタンクについて、前記値は、以下のように求められる。
【００５５】
【表２】
2019502875.tif 000008
【００５６】
同様の生成は、タイプ３ガスタンクについても見出されることができる。
【００５７】
それに加えて又はそれに代えて、ステップｇ）は、充填される前記ガスタンクから送信された情報が利用可能であるかを判定するステップと、前記情報が利用可能な場合、前記情報に基づいて、充填処理の最後において実現されるべき前記ガスタンク内の補充状態を決定するステップと、決定された前記補充状態に更に基づいて、前記最終充填圧力及び／又は最大最終充填圧力を決定するステップと、を更に備える。
【００５８】
例えば、ガスタンクのガス圧力及び／又はガス容量温度のリアルタイム値を含む、ガスタンクからの情報が利用可能な場合、ガスタンクへのガスの供給を終了するための決定は、１００％の補充状態に対応する値に到達したときに、前記情報に基づいてなされる。この場合、タンクからの情報なしに求められた補充状態についての最大許容値、例えば１２０％、は、ガスタンクから送信される情報が誤っていたとしても、処理の終了を確実にするための安全な測定値として定義される。
【００５９】
別の態様によれば、本発明は、上記で提示された処理を行うように適合されたガス供給システムに関する。このようなガス供給システムは、ガス補充ステーションにおいて提供されてもよい。更に、ガス供給システム又はガス補充ステーションには、例えばディスペンサーにおける大気温度及び／又はガス充填温度及び／又はタンク内のガス温度を測定するための温度センサ、若しくはタンク内のガス圧力を測定するための圧力センサのようなセンサが設けられてもよい。
【００６０】
好ましい実施形態では、ガス供給システムは、ステップｄ）の直前に、ステップａ）、ｂ）、ｃ）、ｆ）及びｇ）の少なくとも１つを行うように適合され、これは、ガス供給システム又はガス補充ステーションが、ガスタンクの種類又は燃料が入れられる車両の種類に対して明示的に構成されることを可能にする。
【００６１】
以下では、本発明の実施形態は、添付の図面を参照してより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、充填温度及び充填圧力での標準的なプロトコルで取得される厳格な制限を示す。
【図２】図２は、所与の初期ガスタンク温度について、タンク内のガスの温度及びガスタンクのライナー材料の温度が、タンク内のガスの初期ガス圧力が０．５ＭＰａであり、かつタンクが９０秒で充填されるタイプ４水素ガスタンクの充填処理の最後において８５℃を超えないことを可能にする最大質量平均ガス充填温度を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、断熱条件下でのガス温度上昇と、ガス充填温度でのガス又はガスタンク材料の温度上昇との比の依存性を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、断熱条件下でのガス温度上昇と、初期ガスタンク温度でのガス又はガスタンク材料の温度上昇との比の依存性を示す。
【図３Ｃ】図３Ｃは、断熱条件下でのガス温度上昇と、タンク内の初期ガス圧力でのガス又はガスタンク材料の温度上昇との比の依存性を示す。
【図４】図４は、モデルを用いて算出された、及びタイプ３水素ガスタンク向けに実際に測定された充填処理の最後におけるガス／ライナー温度の比較によって、本発明の実施形態に係るモデルの実験的検証を代表的に示す。
【図５】図５は、本発明に係るガスタンクを充填する処理の実施形態のブロック図を示す。簡素化のために、実施形態は、タイプ４の水素ガスタンクの例で説明される。
【図６】図６は、本発明に係るガスタンクを充填する処理の別の実施形態のブロック図を示す。簡素化のために、実施形態は、タイプ４の水素ガスタンクの例で説明される。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
図４は、本発明の実施形態に係るモデルの実験的検証を代表的に示す。
【００６４】
図４では、充填処理の完了時、つまり、４０Ｌの容量を有するタイプ３水素タンクに対して３分間の所定の充填時間で終了するときにおける、実際に測定され、かつ本発明の実施形態に係るモデルを用いて算出されたガス及びガスタンク材料（つまり、ライナー）の温度は、様々な初期ガスタンク温度（つまり、様々な大気温度）及び３つの異なる充填温度プロファイルに対して実証され、すなわち、３つの異なる充填温度プロファイルは、ガス温度について“Ｔｇａｓ”で示され、ライナー温度について“Ｔｌｉｎ”で示される−２０℃の一定充填温度を有する水素による充填と、ガス温度について“Ｔｇ［０／−４０］”、ライナー温度について“Ｔｌ［０／−４０］”で示され、初めの１．５分間に０℃の温度を有する水素により充填し、次の１．５分間に−４０℃の温度を有する水素による充填と、ガス温度について“Ｔｇ［−４０／０］”、ライナー温度について“Ｔｌ［−４０／０］”で示され、初めの１．５分間に−４０℃の温度を有する水素により充填し、次の１．５分間０℃の温度を有する水素による充填と、である。ガス又はライナー温度を取得するための計算では、平均充填温度は、簡素化のために一定の質量平均ガス充填温度として用いられ、上記式（１）及び（３）は、公的に利用可能なデータを用いた線形回帰によって求められた固定パラメータａＪ及びｂＪにより適用される。
【００６５】
図４からわかるように、算出された温度は、測定された温度と十分良好に一致する。これは、モデルの適用性への確認だけでなく、所与のタンク設計及び所与の初期条件に対して、充填処理を通じた温度プロファイルではなく、平均充填温度（つまり、エンタルピー入力）のみが、所定の最大許容ガス又はガスタンク材料温度を超えることを防ぐために制御される必要があるという観察への確認を提供する。
【００６６】
図５は、本発明に係るガスタンクを充填する処理の実施形態のブロック図を示す。簡素化のために、実施形態は、タイプ４の水素ガスタンクの例で説明される。実施形態は、タイプ２又はタイプ３のような他の種類のガスタンクと同様に、ガスタンクに充填される他のガスに適用可能である。
【００６７】
図５によれば、処理は、任意のガス充填処理に適用される公称充填率に固定して開始する（ステップＳ１０）。
【００６８】
公称充填率は、所定の初期ガス圧力値、例えば０．５ＭＰａから、所定の充填時間ｔｆｉｌｌ、例えば３分間以内に実質的に完全に充填されるタンクを提供する充填率として決定されてもよい。
【００６９】
ステップＳ２０において、高温状況条件が仮定され、タンクの初期ガスタンク温度及び初期ガス圧力は、充填処理の最後においてガスタンクの過熱を避けるように、質量平均ガス充填温度の演算に従って設定される。よって、ガスタンク内のガスの温度が、特定の温度、例えば１０℃の大気温度よりも高いと控えめに仮定される。大気温度は、ガス補充ステーションによて測定されてもよい。更に、ガスタンクが、充填を行う直前に充填中止となる可能性を考慮して、初期ガス圧力値は、最も低い取り得る初期タンク圧力から開始する仮想充填中止を継続する場合の充填のための最大充填温度を求めるために、許容できる最も低いもの、例えば０．５ＭＰａに設定されてもよい。
【００７０】
その後、高温状況条件下で、材料温度が充填処理の最後において最大許容温度、例えば８５℃を超えないように加えられる最大質量平均ガス充填温度ＭＡＴｍａｘを求める。
【００７１】
最大質量平均ガス充填温度ＭＡＴｍａｘは、反復によってタンク内のガス及び／又はガスタンク材料の温度上昇を予測することを可能にする既知の熱挙動シミュレーションツールにより求められる：シミュレーションツールは、均質なガスの温度、及び例えば二層のライナー及び複合材料のラッピングで構成される壁の無方向性熱伝導と仮定して、ガスタンク容器の壁への過渡熱伝導と共に、ガスの温度を計算する数値モデルを含んでもよい。取り得る一定の充填温度及び大気温度の各々について、タンク内のガス及び／又はガスタンク材料の最終的な温度は、タンクタイプに対する熱挙動シミュレーションを用いて演算され、演算用のルックアップテーブルが提供される。最終的な温度を最高で８５℃となるように制約することによって、許容最大質量平均ガス充填温度ＭＡＴｍａｘが選択される。
【００７２】
それに代えて又はそれに加えて、最大質量平均ガス充填温度は、ガスタンクのガス容量からガスタンク材料への遷移における断熱境界条件を含む解析モデルに基づいて決定されることができ、断熱境界条件下でのタンク内のガス温度上昇と、ガス又はガスタンク材料の温度上昇との関係に基づいて、以下の式によって説明される。
【数５】
2019502875.tif 000009
ここで、ΔＴＡは断熱境界条件下でのタンク内のガスの温度上昇であり、ΔＴＪはガスの温度上昇又はガスタンク材料の温度上昇であり、Ｊはガス又はガスタンク材料を示し、ａＪ及びｂＪはタンク特性及び所定の充填時間ｔｆｉｌｌに固有な固定パラメータであり、Ｐｉはガスタンク内の初期ガス圧力である。
【００７３】
固定パラメータａＪ及びｂＪは、選択された公称充填率についてのタイプ４水素タンクに適用される熱挙動シミュレーションツールによって提供される温度予測での線形回帰によってガス及び／又はライナー材料に対して決定される。
【００７４】
式（５）及び高温状況条件を用いて、最大許容断熱温度上昇は、最大許容ライナー温度上昇から求められ（例えば、高温状況条件とみなされる初期温度が２０℃及び充填処理の最後における最大許容ライナー温度が８５℃の場合に６５℃）、断熱境界条件と仮定する最大許容ガス温度を提供する。
【００７５】
その後、タンク内のガスの固有内部エネルギーは、線形近似を用いて初期条件に対して求められ、線形近似は、タンクのガス温度及びガス圧力の関数での固有内部エネルギー及びガス補充処理中にガスタンク材料及びガスタンク内のガスの温度での公的に利用可能なデータを提供する。また、タンクが断熱境界条件下で１００％の補充状態に充填された後に、タンク内のガスの固有内部エネルギー値も求められる。
【００７６】
次に、熱力学の第一法則を適用して、タンクが１００％の補充状態に充填された後に、タンク内のガスの求められた固有内部エネルギー値を提供する断熱境界条件下でガスタンクに加えられるガスの最大固有エンタルピーが求められる。
【００７７】
最後に、温度及び圧力の関数でのガスの固有エンタルピーの線形近似を用い、ガスに対する特定量のエネルギー入力で生じるタンクシステム配管の熱容量と共に（これは充填温度に依存する）充填温度が測定される箇所の配管下流での圧力降下を考慮して、最大質量平均ガス充填温度ＭＡＴｍａｘは、求められ、タンクの容器入口に加えられるガスの最大固有エンタルピーを提供する。
【００７８】
最大質量平均ガス充填温度が求められた後、ステップＳ３０において、目標ガス充填温度ＭＡＴｔａｒｇｅｔは、最大質量平均ガス充填温度ＭＡＴｍａｘ以下に選択される。目標ガス充填温度ＭＡＴｔａｒｇｅｔは、ガス供給システム、例えば、ガス補充ステーションの実際の条件を考慮することによって選択される。例えば、ガス補充ステーションにおける大気温度は、目標ガス充填温度ＭＡＴｔａｒｇｅｔがガスを加熱せずには充填ガスに到達され得ない程度に低くてもよく、最大質量平均ガス充填温度ＭＡＴｍａｘ未満の目標ガス充填温度ＭＡＴｔａｒｇｅｔを選択することが現実的である。ガスタンクに供給されるガスは、その後、ステップＳ４０において目標ガス充填温度ＭＡＴｔａｒｇｅｔに冷却され、冷却されたガスのガスタンクへの供給が開始される。
【００７９】
ステップＳ５０において、実際に提供される質量平均ガス充填温度ＭＡＴは、タンクへ供給されるガスの実際の温度を測定することによって求められる。
【００８０】
ステップＳ６０において、低温状況条件が仮定され、タンク内の初期ガスタンク温度及び初期ガス圧力は、充填処理の最後においてガスタンクの過充填を避けるように、最終充填圧力を求めることに従って設定される。低い初期温度がより多くのガスの供給を可能にすると、初期ガスタンク温度は、所定の最も低い値、例えば、−４０℃であると控えめに仮定される。初期圧力は、例えば、ガスタンク又はガス供給システムに搭載される圧力センサによって測定された値として設定される。その後、低温状況条件において所定の最大許容補充状態、例えば１０７％に到達するために加えられる最終充填圧力Ｐｆｉｌｌは、実際の質量平均ガス充填温度ＭＡＴから求められる。
【００８１】
最終充填圧力は、反復によってガス及び／又はガスタンク材料の温度上昇を予測することを可能にする既知の熱挙動シミュレーションツールによって求められる。シミュレーションツールは、均質なガスの温度、及び例えば二層のライナー及び複合材料のラッピングで構成される壁の無方向性熱伝導と仮定して、ガスタンク容器の壁への過渡熱伝導と共に、ガスの温度を計算する数値モデルを含んでもよい。ルックアップテーブルは、予め準備され、適用された質量平均ガス充填温度の取り得る各値及びガスタンク内の初期ガス圧力の取り得る各値に対する最終充填圧力Ｐｆｉｌｌを提供する。ルックアップテーブルから、最終充填圧力は、所与のタンクタイプ、適用された質量平均ガス充填温度及び測定されたタンク内の初期ガス圧力に対して求められる。
【００８２】
それに代えて又はそれに加えて、最終充填圧力は、ガスタンクのガス容量からガスタンク材料への遷移における断熱境界条件を含む解析モデルに基づいて求められ、断熱境界条件下でのタンク内のガス温度上昇と、ガス又はガスタンク材料の温度上昇との関係に基づいて、以下の式によって説明される。
【数６】
2019502875.tif 000010
ここで、ΔＴＡは断熱境界条件下でのタンク内のガス温度上昇であり、ΔＴＪはガス又はガスタンク材料の温度上昇であり、Ｊはガス又はガスタンク材料を示し、ａＪ及びｂＪはタンク特性及び所定の充填時間に固有な固定パラメータであり、Ｐｉはガスタンク内の初期ガス圧力である。
【００８３】
式（６）の固定パラメータａＪ及びｂＪは、この設計に適用される、選択された充填率、例えば３分間の公称充填に対して、熱挙動シミュレーションツールによって提供される温度予測での線形回帰による低温状況条件のために求められる。
【００８４】
充填の最後において質量平均充填温度が、質量平均ガス充填温度ＭＡＴの現在測定された値であると仮定して、目標最終充填補充状態、例えば１０７％、を提供する最終充填圧力Ｐｆｉｌｌが求められる。
【００８５】
Ｐｆｉｌｌが求められた後、ガスの供給は、タンク内のガス圧力が、最終充填圧力Ｐｆｉｌｌ又は所定の最大充填圧力、例えば８７．５ＭＰａ、のいずれか低い方に到達したとき、ステップＳ７０において終了される。
【００８６】
図６は、本発明に係るガスタンクを充填する処理の別の実施形態のブロック図を示す。簡素化のために、実施形態は、タイプ４の水素ガスタンクの例で説明される。しかし、実施形態は、タイプ２又はタイプ３タンクのような他の種類のガスタンクと同様にガスタンク内に充填される別のガスに適用可能である。第１の実施形態に係るステップに対応するステップは、図５の参照番号と同一に指定されるが、１０倍されている。また、図６のガス充填処理のステップは、図５のガス充填処理のステップと異なる点のみに限り説明される。残りの説明については、図５の説明を明示的に参照する。
【００８７】
図６に示される充填処理は、当該処理が、充填されるべきガスタンクから、例えばガス供給システムへ送信される情報が利用可能であるか否かを判定するステップを更に備える点が図５の充填処理とは異なる。
【００８８】
ステップＳ６００において、適用される最終充填圧力Ｐｆｉｌｌは、実際の質量平均ガス充填温度ＭＡＴから求められる。ステップＳ６００は、３つのサブステップ、すなわち、Ｓ６１０、Ｓ６２０及びＳ６３２又はＳ６３４を備える。
【００８９】
ステップＳ６１０において、低温状況条件が仮定され、タンク内の初期ガスタンク温度及び初期ガス圧力は、それに従って設定される。特に、タンク内の初期ガスタンク温度は、−４０℃となるように設定され、タンク内の初期ガス圧力は、例えばガスタンクへガスを投入することを開始するために必要な逆圧力を測定する圧力センサによって測定された値に設定される。
【００９０】
ステップＳ６２０において、充填されるガスタンクからの情報が、ガス供給システムにおいて利用可能であるかを判定する、つまり、ガスタンクとガス供給システムとの間の通信が存在するかを判定する。情報が利用可能であると判定された場合（Ｓ６３２）、最終充填処理において実現されるべきガスタンク内の補充状態は、当該情報に基づいて設定される。それに代えて、実現されるべきガスタンク内の補充状態値は、最大許容値、例えば１２０％、つまり、ガスタンクから送信される情報が誤っていたとしても、処理の終了を確実にするための安全な測定値、に設定される。最大最終充填圧力Ｐｆｍａｘは、設定された補充状態に基づいて決定される。
【００９１】
情報が利用可能ではないと判定された場合（Ｓ６３４）、最終充填処理において実現されるべきガスタンク内の補充状態は、より控えめに、例えば１０７％に設定される。最大最終充填圧力Ｐｆｍａｘは、設定された補充状態に基づいて求められる。
【００９２】
ステップＳ７００において、ガスの供給を終了する。ステップＳ７００は、２つのサブステップＳ７１０及びＳ７２２又はＳ７２４を備える。
【００９３】
ステップＳ７１０において、充填されるべきガスタンクからの情報が利用可能であるか否かを判定する。
【００９４】
情報が利用可能である場合、ステップＳ７２２において、補充状態が１００％になるときに、ガスの供給を終了する。充填処理の最後におけるガスタンクの実際のガス圧力Ｐｆｉｎは、最大最終充填圧力Ｐｆｉｎｍａｘよりも低い。
【００９５】
情報が利用可能ではない場合、ステップＳ７２４において、ガスタンクの実際の圧力が最大最終充填圧力Ｐｆｉｎｍａｘに等しくなるまでガスの供給を継続する。その結果、充填処理の最後における補充状態は、９２％から１０７％の間の値である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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